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1、第 1、2 节功和内能 热和内能第 1、2 节功和内能 热和内能 1.绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交 换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热的过 程。 2绝热过程中系统内能的增加量等于外界对系统 所做的功，即 UW。 3热传递：热量从物体的高温部分传递到低温部 分，或从高温物体传递给低温物体的过程。 4系统在单纯的传热过程中，内能的增量 U等 于外界向系统传递的热量 Q，即 UQ。 5做功和热传递是改变内能的两种方式且具有等 效性，但二者实质不同。 一、焦耳的实验 1绝热过程 系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外 界放热。 2代表实验 (1)
2、重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温度上升。 (2)通过电流的热效应给水加热。 3实验结论 要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做 功的方式无关。 二、功和内能 1内能的概念 (1)内能是描述热力学系统自身状态的物理量。 (2)在绝热过程中做功可以改变热力学系统所处的状态。 2绝热过程中内能的变化 (1)表达式：UW。 (2)外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。 三、热和内能 1热传递 (1)条件：物体的温度不同。 (2)过程：温度不同的物体发生热传递，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热 量从高温物体传到低温物体。 (3)热传递的三
3、种方式：热传导、热对流、热辐射。 2热和内能 (1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。 (2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 (3)单纯的传热过程中内能的变化。 公式：UQ。 物体吸热，Q 为正；物体放热，Q 为负。 1自主思考判一判 (1)温度高的物体含有的热量多。() (2)内能大的物体含有的热量多。() (3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。() (4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的。() (5)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。() (6)热传递只能发生在两个物体间，同一物体不能发生热传递。(
4、) 2合作探究议一议 (1)焦耳的热功当量实验和电流热效应给水加热的实验中做功的方式相同吗？你能得出 什么结论？ 提示：不同。在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功多 少有关。 (2)用锤子反复敲打一块铁，铁块会发生怎样的变化？为什么？ 提示：铁块的温度升高，同时会发生形变，在敲打铁块的过程中，锤头对铁块做功，使 铁块的内能增加，温度升高。铁块由于受到力的作用，会发生形变。 (3)热传递是热量从内能多的物体传递给内能少的物体吗？ 提示：不是。热传递是热量从高温物体传向低温物体，并非从内能多的物体传向内能少 的物体。 功和内能的关系 1功和内能的区别 (1)功是过程量，内
5、能是状态量。 (2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。 (3)物体的内能大，并不意味着做功多。只有在绝热过程中，内能变化较大时，对应着做 功较多。 2功和内能的关系 (1)做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度。在国际单位制中，内能和功的 单位都是焦耳。 (2)绝热过程中功和内能变化的关系 当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的改变量 U就等于外界对系统 所做的功W，即 UU2U1W。 即在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加，外界对系统做多少功，系统的内 能就增加多少；系统对外界做功，系统的内能减少，系统对外界做多少功，系统的内能就减 少多少。 3做功改变物体
6、内能的实质 做功改变物体内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程，做功使 物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来度量。 1多选改变物体的内能的下列方式中，属于做功的方式的是( ) A搓搓手会感到手暖和些 B汽油机汽缸内被压缩的气体 C车刀切下的炽热铁屑 D物体在阳光下被晒热 解析：选 ABC 搓手时克服摩擦力做功，机械能转化为内能；汽缸压缩气体，对气体做功； 车刀切削钢件，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，使切下的铁屑温度升高，都是通过做 功使物体的内能发生改变。物体在阳光下被晒热，不属于做功的方式。 2采用绝热的方式使一定量的气体由初状态A变化至末状态B。对于不同
7、的绝热方式， 下列说法正确的是( ) A对气体所做的功不同 B对气体所做的功相同 C对气体不做功，因为没有能量的传递 D以上三种说法都不对 解析：选 B 对于一定质量的气体，不管采用任何一种绝热方式由状态A变化到状态B， 都是绝热过程。在这一过程中，气体在初状态A有一确定的内能 UA， 在状态B有另一确定的内能UB， 由绝热过程中 UUBUAW知，W为恒量，所以 B 正 确。 3.多选如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶 片搅拌容器里的水，引起水温升高。关于这个实验，下列说法正确的是( ) A这个装置可测定热功当量 B做功增加了水的热量 C做功增加了水的内能 D
8、功和热量是完全等价的，无区别 解析：选 AC 将做功过程和吸热过程在同等条件下比较，可测出热功当量，故 A 正确； 做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故 B 错误，C 正确；做功和传 热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，D 错误。 热传递与内能的关系 1热传递与内能改变的关系 (1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即 Q吸U。 (2)在单纯热传递中， 系统向外界放出多少热量， 系统的内能就减少多少， 即 Q放U。 (3)热传递改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程，热传递使物体的内能发生变化 时，内能改变的多少可用热量来量度。 2改变
9、内能的两种方式的比较 做功热传递 内能 变化 外界对物体做功，物体的内能增加 ； 物体 对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量， 内能增加 ； 物体放出热量， 内能减少 物理 实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内 能的转移 相互 联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 3对温度、内能、热量和功的比较 概念含义区别和联系 温度 表示物体冷热程度的物理量，是物体分子平均动 能的标志，是大量分子热运动的集体表现，对个 别分子来说，温度没有意义 (1)温度和内能是状态量，热量 和功是过程量， 就某一状态而言 只有内能，而无“热量”和“功” 内
10、能 物体内所有分子的动能和势能的总和，是由大量 分子的热运动和分子的相对位置所决定的能 热量 热量是热传递过程中内能的改变量，用来量度热 传递过程中内能转移的多少 功 做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的 转化过程 (2)热传递的前提条件是存在温 差，传递的是热量而不是温度， 其实质是内能的转移 (3)可以利用做功和热传递来改 变物体的内能 1以下所述现象中，属于通过热传递改变了物体内能的是( ) A将一段铁丝反复弯折，弯折处会发热 B放在空气中的一杯热水会冷却 C在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热 D电流通过电阻丝 解析：选 B 不论物体是发热还是冷却，物体的温度都发生了变化，都是内能的改
11、变。弯 折铁丝是用力对物体做功，在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力对车刀做功，电流通过电阻丝并 做功，所以三者都是通过做功改变物体内能的，热水放在空气中，通过热辐射以及对流等方 式向外传递了热量，而使自身的内能减少，温度下降，它是通过热传递方式改变内能的，所 以应选 B。 2物体的内能增加了 20 J，下列说法中正确的是( ) A一定是外界对物体做了 20 J 的功 B一定是物体吸收了 20 J 的热量 C一定是物体分子动能增加了 20 J D物体分子的平均动能可能不变 解析 ： 选 D 做功和热传递都可以改变物体内能， 物体内能改变 20 J， 其方式是不确定的， 因此 A、B 错误；物体内能包括
12、所有分子的平均动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动 能、分子势能三者决定，故 C 错误。 3关于物体的内能以及变化，以下说法正确的是( ) A物体的温度改变时，其内能必定改变 B物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能也不一定改变 C物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一定热量其内能必定改变 D若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变 解析：选 B 一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定。物体的温度改变时，其内 能不一定改变，所以 A 错误 ； 做功和热传递是改变物体内能的两种方式。若物体对外做功为W， 同时吸收的热量为 Q，且若WQ，则物体的内能减少；若W
13、Q，则物体的内能不变；若WQ， 则物体的内能增加。所以 B 正确，C、D 错误。 1多选下列说法中正确的是( ) A做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同的物理过程 B外界对物体做功，物体的内能一定增大 C物体向外界放热，物体的内能一定增大 D热量是在热传递过程中，从一个物体向另一个物体或物体的一部分向另一部分转移的 内能的多少 解析：选 AD 做功和热传递改变物体内能的本质不同，因为做功的过程一定是不同形式 的能相互转化的过程，而热传递是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体不同的部 分之间传递或转移，故 A 选项正确。物体内能的变化有做功和热传递两种途径，单就一个方 面不足以断定其
14、内能的变化，故 B、C 选项不正确，D 选项正确。 2多选一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触 在一起时，如果不和外界交换能量，则( ) A从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量 B在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加 量 C达到热平衡时，铜块的温度TT 1T2 2 D达到热平衡时，两者的温度相等 解析：选 AD 一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换，温度高的物体放 出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止，而热量是传 热过程中内能的变化量， 所以选
15、项A和D都正确， 选项B错误。 根据热平衡方程 ：c铜m(T1T)c 铁m(TT2)，解得T ，由此可知选项 C 错误。 c铜T1c铁T2 c铜c铁 3多选对于热量、功和内能三者的下列说法中正确的是( ) A三者单位相同，物理意义相同 B热量和功是内能的量度 C热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定 D系统内能增加了 100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功 100 J，也可能是外界单 纯地对系统传热 100 J 解析：选 CD 热量、功和内能三者尽管单位相同，但物理意义有本质区别，A 错。热量 和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，C 对，B 错。对一个绝 热过
16、程 UW100 J，对一个单纯热传递过程 UQ100 J，D 对。 4.如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交 换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。现对活塞施以一竖直向 下的压力F， 使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略 活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体( ) A温度升高，压强增大，内能减少 B温度降低，压强减小，内能减少 C温度升高，压强增大，内能增加 D温度降低，压强减小，内能增加 解析：选 C 由于F对密闭的气体做功，容器及活塞绝热，所以 Q0，由功和内能的关 系知理想气体内能增大，T升高，再根据C，V减小，p增大，选项 C 正确。 pV
17、 T 5.如图所示， 活塞将汽缸分成甲、 乙两气室， 汽缸、 活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气。 以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向左拉的过程中( ) AE甲不变，E乙减小 BE甲不变，E乙增大 CE甲增大，E乙不变D.E甲增大，E乙减小 解析：选 D 接触面是绝热面，拉动拉杆，对乙部分气体来讲，系统对外界做功，内能减 小，温度降低；对甲部分气体来讲，外界对系统做功，内能增加，故 D 对。 6 多选(2017全国卷)如图， 用隔板将一绝热汽缸分成两部分， 隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板 抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后
18、，缓慢推压活 塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是( ) A气体自发扩散前后内能相同 B气体在被压缩的过程中内能增大 C在自发扩散过程中，气体对外界做功 D气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 E气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变 解析 ： 选 ABD 抽开隔板，气体自发扩散过程中，气体对外界不做功，与外界没有热交换， 因此气体的内能不变，A 项正确，C 项错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，D 项 正确；由于气体与外界没有热交换，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的温度升高， 气体分子的平均动能增大，B 项正确，E 项错误。 7某同学想要估测
19、每秒钟太阳辐射到地球表面上的能量，他用一个横截面积S3.2 dm2的保温圆筒，内装有质量为m0.4 kg的水，让太阳光垂直照射t3 min，水升高的温度t 2.2 ， 已知水的比热容c4.2103 J/(kg)， 地球半径为R6 400 km， 试求出太阳向地 球表面辐射能量的功率。 解析：太阳辐射到水中的能量 Qcmt4.21030.42.2 J3.7103 J。 太阳光在 1 s 内垂直照射到 1 m2面积上的功率 P J/(m2s) Q St 3.7 103 3.2 102 3 60 6.4102 J/(m2s)。 太阳向地球表面辐射能量的功率 PPR26.41023.14(6 4001
20、03)2 W 8.21016 W。 答案：8.21016 W 8.气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻 璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在 O点处，右管D中水银面高出O点h114 cm。 后将A放入待测恒温槽中，上 下移动D， 使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h244 cm。 (已知外界大气压为 1 个标准大气压，1 标准大气压相当于 76 cmHg) (1)求恒温槽的温度。 (2)此过程A内气体内能_(选填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将 _(选填“吸热”或“放热”)。 解析 ： (1)设恒温槽的温度为T2，由题意知T1273 K，因为B是细玻璃管，B内气体变化 对A内气体影响很小，所以A内气体发生等容变化。 由查理定律得 p1 T1 p2 T2 又p1p0ph1 p2p0ph2 联立式解得T2364 K。 (2)理想气体的内能只由温度决定，A内气体的温度升高， 所以内能增大 ； 气体不对外做功， 由热量和内能的变化关系 UQ 知，气体将吸热。 答案：(1)364 K (2)增大 吸热